CN113828879A - 一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法 - Google Patents

一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及堆栈式焊接模具设计与焊接技术领域，且公开了一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法，包括以下步骤，S1，模具组装；S2，焊料涂覆；S3，阴极与模具组装；S4，阴极与模具组装；S5，焊接质量检查。该一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法，采用堆栈式自调整焊接模具，将阴极筒固定在模具上，焊接前将发射体与阴极筒组合好的组件平行度和同心度进行严格控制，保证焊接后时发射体垂直向下移动发射体平行向下移动，得到焊接牢固的阴极，提高了热子组件的焊接质量。

Description

一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法
技术领域
本发明涉及堆栈式焊接模具设计与焊接技术领域，具体为一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法。
背景技术
微波真空电子器件广泛应用于电子对抗、精确制导、深空探测系统、高分辨率成像和星际通讯等相关系统，被誉为武器装备的“心脏”。随着新一代武器装备、通信卫星等微波器件的快速发展，对器件的功率、频率、可靠性提出新的要求，阴极作为微波管的核心部件之一，可靠性对微波管的可靠性有着重要影响.阴极组件的组装是微波电真空器件阴极制造和研发进程中的核心技术之一。行波管从工作环境上可分为为弹载、机载、舰载、星载，在工作过程中震动冲击、热冲击不可避免，对阴极组件可靠性提出更高的要求。除此之外，Ku及Ka频段行波管对效率要求更高，而阴极热子加热功率在行波管的总功耗中占比大，直接影响行波管的效率特性，如Ka频段TWT阴极热子加热功率普遍在3W以上(工作温度980℃～1000℃)，占输出总功率的7.5％。
现有技术存在以下缺陷与不足：
对于Ku波段行波管用阴极组件而言，组件尺寸较小且需要多个小尺寸零件的配合，基体和套筒间的焊料涂覆尺寸以及焊料涂覆量不一致，会影响零件之间的结合，导致器件可靠性降低；另一方面焊接的工装模具如果无法保证组件的焊接温区，将会导致组件存在焊缝以及基体和套筒间的焊料扩散不一致，进而影响阴极组件的加热效率，影响整管效率，所以，非常有必要设计一种专用焊接工装模具，掌握保证焊接一致性的焊接方法。
发明内容
Ku波段行波管阴极热子组件为间热式组件，即阴极由两部分组成：一是阴极发射体，这部分由钨海绵体、铝酸盐和膜层组成；二是热丝，这部分由钨铼丝和氧化铝粉组成，阴极发射体和阴极筒底板是通钎焊的方式组合起来的，使用的焊料为钌钼焊料粉，在生产制造中，因制造的阴极尺寸较小，而焊料又为粉末形态，其焊料涂覆的厚度既无法精确控制，也无法测量。这就导致阴极发射体与阴极筒底板之间存在大小不一的缝隙，缝隙的大小对热传导及可靠性产生很大影响。
针对现有技术的不足，本一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法采用堆栈式自调整焊接模具，将阴极筒固定在模具上，焊接前将发射体与阴极筒组合好的组件平行度和同心度进行严格控制，保证焊接后时发射体垂直向下移动发射体平行向下移动，得到焊接牢固的阴极，提高了热子组件的焊接质量，本发明提供了一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法，可以有效解决现有技术存在的问题。
为实现上述的一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法目的，本发明提供如下技术方案：一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法，包括以下步骤，S1、模具组装；S2、焊料涂覆；S3、阴极与模具组装；S3、阴极与模具组装；S5、焊接质量检查。
其中，所述模具包括螺杆、阴极筒、焊接托模、阴极筒隔板、发射体、焊接压模。
所述焊接托模壳体内部开设有内径尺寸与螺杆外径尺寸相适配的螺纹孔，所述螺杆通过所述螺纹孔与焊接托模螺纹连接；
所述发射体一端外径尺寸与阴极筒内径尺寸相适配，所述发射体一端与阴极筒活动卡接；
所述焊接托模表面开设有内径尺寸与阴极筒外径尺寸相适配的卡槽，所述阴极筒活动卡接在所述卡槽内与焊接托模转动连接。
进一步地，所述模具组装具体包括以下步骤，
①将螺杆有螺纹一侧旋转装入焊接托模内；
②用百分表测量焊接托模相对螺杆底部的平行度，若平行度在0.02mm以内视为合格，如果超差，通过旋转螺纹长度，保证平行度在0.02mm以内。
进一步地，所述焊料涂覆具体包括以下步骤，
①取少许MoRu焊料粉放入专用玻璃器皿中，用棉胶将焊料粉调成膏剂状；
②用钨针或钼针蘸少许膏剂状焊料，均匀地涂覆在发射体体平面上；
③在红外线灯下烘干或着自然晾干，用钨针或钼针和干净绸布轻轻去除多余的焊料粉；
④将涂覆好焊料的发射体装入阴极筒内，沿着圆周方向旋转，保证发射体与阴极筒隔板配合到底。
进一步地，所述阴极与模具组装具体包括以下步骤，
①将阴极筒与发射体组合后的阴极组件放入焊接托模内，在托模平面内旋转，保证阴极筒与托模自由转动；
②将焊接压模逐层装入螺杆上。
进一步地，所述阴极与模具组装具体包括以下步骤，
①将组合好的组件放入焊接炉内；
②按照设备安全要求进行试氢及点火；
③按照程序控制进行升温及保温；
④将焊接后组件从炉内取出。
进一步地，所述焊接质量检查具体包括以下步骤，采用X射线探伤仪对焊接后的组件进行探伤，检查发射体与阴极筒底板的间隙情况。
与现有技术相比，本发明提供了一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法，具备以下有益效果：
本一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法，通过设计堆栈式焊接模具，采用高温热压方式,使得焊料熔化后在模具重力的作用下，将间隙中的气体逐步排除，焊料体积收缩，发射体向下移动，从而使得焊料与底部隔板充分接触，控制阴极发射体与阴极筒底板之间接触效果，达到良好的焊接效果，提高了阴极热子组件的焊接质量，焊料体积收缩，减小阴极筒底板与发射体间的间隙，提高热传导效率，降低阴极组件的加热功率。
附图说明
图1为本发明阴极及模具组装示意图；
图2为本发明实施例底部有缝隙的阴极组件示意图；
图3为本发明实施例底部无缝隙的阴极组件示意图。
图中：1、螺杆；2、阴极筒；3、焊接托模；4、阴极筒隔板；5、发射体；6、焊接压模。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法，包括以下步骤，S1，模具组装；S2，焊料涂覆；S3，阴极与模具组装；S4，阴极与模具组装；S5，焊接质量检查。
综上，具体实施技术方案为：
1、准备样品材料
Figure BDA0003208365830000041
Figure BDA0003208365830000051
2、结合图1，进行高效率阴极组件焊接，工艺流程为：
2.1、进行模具组装：
①将图1中螺杆1(3个)有螺纹一侧旋转装入焊接托模3内；
②用百分表测量焊接托模3相对螺杆1底部的平行度，如果平行度在0.02mm以内视为合格，如果超差，通过旋转螺纹长度，保证平行度在0.02mm以内。
2.2、焊料涂覆：
①取少许MoRu焊料粉放入专用玻璃器皿中，用棉胶将焊料粉调成膏剂状；
②用钨针或钼针蘸少许膏剂状焊料，均匀地涂覆在发射体5体平面上；
③在红外线灯下烘干或着自然晾干，用钨针或钼针和干净绸布轻轻去除多余的焊料粉；
④将涂覆好焊料的发射体5装入阴极筒2内，沿着圆周方向旋转，保证发射体5与阴极筒隔板4配合到底。
2.3、阴极与模具组装：
①将阴极筒2与发射体5组合后的阴极组件放入焊接托模3内，在托模平面内旋转，保证阴极筒2与托模3自由转动；
②将焊接压模6逐层装入螺杆1上。
2.4、阴极与模具组装：
①将组合好的组件放入焊接炉内；
②按照设备安全要求进行试氢及点火；
③按照程序控制进行升温及保温；
④将焊接后组件从炉内取出。
2.5、焊接质量检查：
①采用X射线探伤仪对焊接后的组件进行探伤，检查发射体5与阴极筒2底板的间隙情况，底部有缝隙的样品见附图2，底部没有缝隙的样品见附图3，图2为不合格，图3为合格。
本发明的工作使用流程以及安装方法为，本一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法在使用时，高效率阴极组件焊接方法已经成功应用于空间行波管，实现批量供货，目前在加热功率及加热效率方面有明显改善；阴极热丝组件通断后状态良好；阴极组件的温度一致性良好，具体情况如下：
1、加热功率及加热效率：
通过堆栈式焊接模具设计与焊接技术，焊接后的阴极热子组件加热功率降低到3W以内，效率提高了23.33％。
2、阴极热子组件通断：
采用该结构阴极热子组件10个，阴极温度在1050℃条件下，通5分钟断5分钟，通断3000次后，阴极热子组件状态完好。
3、阴极组件温度一致性：
焊接后的阴极热子组件温度控制在±9.5℃以内，具体数据见表1。
表1不同焊接批次阴极热子组件温度统计表
Figure BDA0003208365830000061
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法，其特征在于：包括以下步骤，S1、模具组装；S2、焊料涂覆；S3、阴极与模具组装；S4、阴极与模具组装；S5、焊接质量检查。
2.根据权利要求1所述的一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法，其特征在于：所述模具包括螺杆(1)、阴极筒(2)、焊接托模(3)、阴极筒隔板(4)、发射体(5)、焊接压模(6)；
所述焊接托模(3)壳体内部开设有内径尺寸与螺杆(1)外径尺寸相适配的螺纹孔，所述螺杆(1)通过所述螺纹孔与焊接托模(3)螺纹连接；
所述发射体(5)一端外径尺寸与阴极筒(2)内径尺寸相适配，所述发射体(5)一端与阴极筒(2)活动卡接；
所述焊接托模(3)表面开设有内径尺寸与阴极筒(2)外径尺寸相适配的卡槽，所述阴极筒(2)活动卡接在所述卡槽内与焊接托模(3)转动连接。
3.根据权利要求1步骤S1所述的一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法，其特征在于：所述模具组装具体包括以下步骤，
①将螺杆(1)有螺纹一侧旋转装入焊接托模(3)内；
②用百分表测量焊接托模相对螺杆底部的平行度，若平行度在0.02mm以内视为合格，如果超差，通过旋转螺纹长度，保证平行度在0.02mm以内。
4.根据权利要求1步骤S2所述的一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法，其特征在于：所述焊料涂覆具体包括以下步骤，
①取少许MoRu焊料粉放入专用玻璃器皿中，用棉胶将焊料粉调成膏剂状；
②用钨针或钼针蘸少许膏剂状焊料，均匀地涂覆在发射体(5)体平面上；
③在红外线灯下烘干或着自然晾干，用钨针或钼针和干净绸布轻轻去除多余的焊料粉；
④将涂覆好焊料的发射体(5)装入阴极筒(2)内，沿着圆周方向旋转，保证发射体(5)与阴极筒隔板(4)配合到底。
5.根据权利要求1步骤S3所述的一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法，其特征在于：所述阴极与模具组装具体包括以下步骤，
①将阴极筒(2)与发射体(5)组合后的阴极组件放入焊接托模(3)内，在托模平面内旋转，保证阴极筒(3)与托模(3)自由转动；
②将焊接压模(6)逐层装入螺杆(1)上。
6.根据权利要求1步骤S4所述的一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法，其特征在于：所述阴极与模具组装具体包括以下步骤，
①将组合好的组件放入焊接炉内；
②按照设备安全要求进行试氢及点火；
③按照程序控制进行升温及保温；
④将焊接后组件从炉内取出。
7.根据权利要求1步骤S5所述的一种Ku波段通信行波管用高效率高一致性阴极组件焊接方法，其特征在于：所述焊接质量检查具体包括以下步骤，采用X射线探伤仪对焊接后的组件进行探伤，检查发射体(5)与阴极筒(3)底板的间隙情况。
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